乾安县地下水位动态变化特征及成因分析

王雅男，孙艳玲，张丽玲

吉林省地质调查院，吉林 长春 130102

0 引言

研究区乾安县地表水资源贫乏。目前，主要取水水源为地下水，随着近年来居民生活以及工农业用水需求量的增加，研究区地下水位呈现整体下降趋势。依据观测数据，研究区2016年地下水位与建井始测值相比，平均下降5.77 m。特别是乾安镇集中开采区观测井，年内平均地下水位埋深达到16.62 m，与建井始测值相比，下降7.15 m，下降幅度较大。

地下水动态是外界因素对地下水系统影响的综合反映，通过地下水动态的分析，可以了解人类活动和气候条件对地下水系统影响程度、变化趋势和变化幅度等，是人类认识自然界的一个重要手段[1-2]。因此，本文选取代表性潜水和承压水观测井对地下水位动态变化特征及影响因素进行分析，对合理开发利用地下水资源具有重要意义。

1 研究区概况

研究区位于吉林省西北部，地处松嫩平原腹部，东与前郭罗斯蒙古族自治县毗邻，西南部与长岭县相接，西接通榆县，北与大安市相连，交通条件十分便利。区内地形平坦开阔，地势西南高东北低。西南多为岗地，中部以冲湖积低地为主，东北部地势低平，海拔标高130～140 m。

研究区属中温带干旱—半干旱大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热降雨集中，秋季少雨温差大，冬季寒冷而漫长。多年平均气温 4.6 ℃，降雨量415.53 mm，蒸发量1 849.01 mm。

研究区属于松花江流域，境内无江无河，只有73个泡沼，多为碱泡，泡沼蓄水量越来越少，全区地表水资源是非常贫乏的。目前，主要取水水源为地下水(图1)。

图1 研究区水文地质简图Fig.1 Hydrogeological sketch of the study area

2 地下水赋存特征

研究区地处松嫩低平原中部，地貌成因类型属冲湖积低平原。研究区处于月亮泡段陷盆地的中心部位，由于受地质构造的控制，白垩系晚期以后，在断裂构造的基底上沉积了第三系的弱胶结地层和第四系松散堆积物，为地下水的储存提供了优越条件。

研究区地下水类型主要有第四系松散岩类孔隙水，新近系碎屑岩类裂隙孔隙水两大类。具体分为四类含水层，分别为第四系松散岩类孔隙潜水、第四系松散岩类孔隙承压水、新近系泰康组碎屑岩类裂隙孔隙承压水和新近系大安组碎屑岩类裂隙孔隙承压水。

近年来，研究区主要以开采第四系承压水和新近系泰康组承压水为主。地下水赋存特征如下：

第四系承压水在研究区广泛分布，含水层主要由白土山组砂、砂砾石组成。埋藏深度约在25～95 m左右，该层岩性颗粒较粗，透水性良好，对地下水的补给汇集和赋存比较有利。含水层厚度由西南向东北逐渐增大，西南部含水层厚度一般大于20 m，东北部含水层厚度一般大于30 m，其他地区约在5～15 m左右。含水层上覆大青沟组厚层亚黏土隔水层，形成具有开采价值的孔隙承压含水层。

新近系泰康组承压水在研究区普遍分布，含水层主要由砂岩、砂砾岩组层。埋藏深度约25～108 m左右，含水层顶板埋深由东部向西南和中部逐渐增大，该层岩性一般上部颗粒较细，由上至下颗粒变粗，对地下水的补给汇集和赋存极为有利。含水层厚度30～50 m，西南部局部40～76 m，研究区西南部局部地区富水性较好，是本区的主要开采含水层。

3 地下水动态变化特征及成因分析

3.1 潜水

选取26730047观测井，位于研究区西南部，地貌单元为冲湖积低平原微波状岗地，该井井深12 m，揭穿第四系潜水含水层。研究区第四系潜水分布广泛，含水层岩性以砂质土为主，地形宽阔平坦，这一含水层岩性结构对接受大气降雨入渗补给颇为有利，排泄形式为垂直蒸发为主，地下水动态类型为降雨渗入—径流—蒸发型。

依据监测数据绘制26730047观测井平均地下水位多年动态变化曲线图，2016年年内降雨量和地下水位埋深对比图(图2、图3)。

图2 26730047观测井平均地下水位多年动态变化曲线Fig.2 Multi-year dynamic change curve of average groundwater level of No.26730047 observation well

图3 26730047降雨量与潜水水位年内(2016年)变化图Fig.3 Annual (2016) changes of rainfall and phreatic water levels of No.26730047 observation well

根据图2所示，从年际来看，潜水年平均地下水位值随年降雨量变化明显。从2006年到2010年地下水位呈现下降趋势，2010年到2013年地下水位有所回升，地下水位的回升随降雨量增加稍有滞后，从2013年到2016年地下水位呈现下降趋势，地下水位年际变幅1.64 m。

多年气象资料显示，研究区降雨量大部分集中在7～9月份，蒸发强度5～6月份为最大，11月份至下年3、4月份的冻结期蒸发量少，地下水位有所回升，4月中旬以后由于气温回升，风多雨少，相对湿度小，蒸发强度大，水位持续下降，5～6月份出现全年的最低水位。根据图3所示，该井潜水水位依据气象变化特征呈现相似变化。从年内来看，研究区4～5月份蒸发强度大，水位出现低值，7～8月份水位出现高值，年内变幅0.12 m。

3.2 承压水

乾安县地下水资源主要开采层为第四系白土山组承压水和新近系泰康组承压水。选取26731107、26730023、26730020、26730024四眼观测井为研究对象，分别位于乾安县中部(26731107)、西南部(26730023)和乾安镇城区(26730020、26730024)。

3.2.1 开采型

以乾安镇城区为例，选取承压水(26730020)和潜水(26730024)观测井，均位于同一位置乾安镇城区，分别揭露第四系承压水含水层和第四系潜水含水层，地下水动态类型为开采型受人为开采因素影响明显。

从 26730020观测井降雨量与地下水位年内(2016年)变化图(图4)上看，年内地下水位动态变化不规律，主要受到人为因素影响。4～9月份处于该区集中开采阶段，该区人口密集，工、农业和居民生活用水需求大，由于开采量大，年内地下水位降幅大，7～8月份水位出现最低值19.1 m，9～12月份水位有所回升，年内变幅6.87 m。

图4 26730020观测井降雨量与地下水位年内(2016年)变化图Fig.4 Annual (2016) change of rainfall and groundwater level of No.26730020 observation well

图5 26730020和26730024观测井地下水位多年动态变化曲线对比Fig.5 Comparison of multi-year dynamic change curves of groundwater level between No.26730020 and No.26730024 observation wells

根据图5所示，从年际上看，承压水和潜水水位动态变化呈现相似性，承压水(26730020)地下水位明显低于潜水(26730024)水位值，承压水地下水位变幅相对较大。以2016年为例，该观测井年内平均地下水位埋深达到16.62 m，与始测值相比，下降7.15 m，同时，受长期开采影响，第四系承压水接受上部第四系潜水含水层越流补给现象明显。从年际上看，在2009和2010年9月地下水位下降幅度达13 m，2009年和2010年属于降雨量偏少年份，加之受开采因素影响，下降幅度非常大。

3.2.2 越流—径流型

26731107观测井位于研究区中部，该区地形平坦开阔，属冲湖积低平原微倾斜平地，径流条件较好。该井井深84 m，揭露第四系承压水含水层。地下水动态类型属于越流—径流。

图6 26731107观测井地下水位多年动态变化曲线Fig.6 Multi-year dynamic change curve of groundwater level in No.26731107 observation well

该区承压水含水层除在平原周边出露区直接接受大气降雨入渗补给，以侧向径流方式补给研究区外，还接受第四系潜水的垂直越流补给，补给条件良好，排泄方式除消耗与人工开采外，主要以侧向径流形式排泄出境。根据图6所示，地下水位埋深较浅3.0～4.0 m，从2007～2015年间看，地下水位变化较为平缓，同时与潜水水位动态变化呈现一致性，即枯水季节地下水位最低，丰水季节地下水位出现高值。根据图7所示，在2016年，地下水位下降幅度较大，受到人为开采因素影响明显，年内变幅达到18 m。

图7 26731107观测井地下水位年内(2016年)动态变化曲线Fig.7 Annual (2016) dynamic change curve of groundwater level of No.26731107 observation well

3.2.3 径流-开采型

26730023观测井位于研究区西南部，该井揭露新近系泰康组承压水含水层，地下水埋藏较深，地下水动态类型属于径流—开采型。

新近系泰康组承压水含水层补给来源主要是在松嫩平原周边的广大外围区域，新近系泰康组的出露区直接接受大气降雨补给后，以侧向径流的方式进入研究区，排泄方式除消耗于人工开采外，主要以侧向径流形式排泄出境。根据图8所示，地下水位受气象因素影响小，水位高值一般出现在4～5月份，水位埋深较大，水位低值出现在8～9月份，水位年内变幅由2014年0.82 m变化至2016年2.05 m。

图8 26730023观测井地下水位动态变化曲线Fig.8 Multi-year dynamic change diagram of groundwater level of No.26730023 observation well

总体上看，近3年地下水位呈现阶梯式下降趋势。水位高值出现在4～5月份，水位低值出现在8～9月份，多年呈现周期性变化。可见近年来，由于居民生活用水需求的增加，新近系泰康组承压水作为居民生活用水的主要开采层，地下水位也随着开采量的增加呈现了下降趋势。

4 结论

(1)研究区潜水地下水位动态变化受气象、含水层岩性、地质水文地质条件等自然因素影响明显。从多年气象资料来看，全区4～5月份蒸发强度较大，潜水水位出现最低值，降雨量多集中在7～8月份，潜水位出现高值，地下水位动态变化类型为降雨渗入-径流-蒸发型。从年际上看，2006～2016年间，2006年该区地下水位埋深值5.06 m，2016年地下水位埋深值6.70 m，整体上呈现下降。

(2)研究区承压水地下水位动态变化类型主要为越流-径流型和开采型。在乾安镇集中开采区，地下水位受开采量影响，地下水位波动明显，年内水位变幅大，地下水位动态变化受人为因素影响明显。

(3)地下水位动态变化特征的影响因素复杂，同时受到自然因素和人为因素综合影响，使地下水位动态发生周期性、趋势性和随机性的变化[3-4]。研究区潜水水位动态变化受气象因素影响明显，承压水位动态变化受开采因素影响明显。承压水位与始测值相比，下降幅度比潜水大。

(4)依据观测数据，发现近年来深层地下水在逐步得到开发利用，深层地下水动态变化受到人为因素影响明显。为使地下水资源得到永续利用，从原因入手，应合理控制地下水开采量，特别是在集中开采区内，应该合理布置深层开采井，避免由于长期开采引发的地下水质污染、地面沉降等一些列环境地质问题。